含水破碎带中难采矿体开采技术现状.pdf

I S SN 1 6 712 9 00 CN 4 3一 l 3 47 ／TD 采矿技术第 1 1卷第4期 Mi n i ng Te c h n o l o g y，Vo 1 ． 1 1， No ． 4 2 0 1 1 年 7月 J u l y 2 0 1 1 含 水 破 碎 带 中 难 采 矿 体 开 采 技 术 现 状 曲文峰 ， 吴乐文 ， 郭钟群 ， 杨涛波 1 ． 新疆地矿局第一地质大队， 新疆 鄯善县8 3 8 2 0 4； 2 ． 江西理工大学 ， 江西 赣州市3 4 1 0 0 0 摘要 举例介绍了国内金属矿 山含水破碎带中难采矿体的开采技术现状 ， 及此类难采矿 体的主要 开采工艺， 包括采准切割、 回采、 支护等。探 讨 了各种工艺的设计、 选择 ， 并指 出 了采矿方案的确定原则。 关键词 含水破碎带 ； 难采矿体 ； 采矿方法； 支护技 术 1 国内含水破碎带难采矿体开采现状 1 ． 1 鲁中矿业小官庄铁矿 1 ． 1 ． 1 地质概况及开采技术条件 该铁矿矿床属于矽卡岩型 ， 下盘以矽卡岩 、 矽卡 岩化 闪长岩为主 ， 上盘是第三系黏土砂砾岩， 极其不 稳固。岩体松散 ， 若揭露易风化成粉状或块状。矿 区工程地质条件复杂 ， 地下裂隙水 比较发育 ， 矿岩和 围岩均破碎 ， 且矿床埋藏深 ， 巷压剧烈 ， 采矿巷道支 护难度大 。 矿体埋藏距地表 5 0 0～1 0 0 0 i n ， 倾 角 5 。～ 5 5 。 ， 厚度 2 0～ 2 0 0 n l 。 一 2 5 0 n l 中段矿体厚度变化大 ， 因 1 6线 以东顶部危及 回风巷安全 ， 采切工程量较大 ， 而且采矿成本高， 不适用于现行的无底柱分段崩落 采矿法 。在条件适宜的 1 8线 ～2 0线仍采用无底柱 分段崩落法自上而下逐层开采； 东部 1 6 线 ～ 3线考 虑采用阶段矿房 回采嗣后充填联合采矿法 J 。 1 ． 1 ． 2 采矿方法及工艺 1 1 8线 ～2 O线仍采用无底 柱分段崩落法 。 分段高度为 1 2 ． 5 i n ， 进 路间距 为 1 0 i n或 1 2 ． 5 m。 凿岩采用 Y G Z一 9 0型凿岩机。针对丢矿现象 ， 采用 了炮排逐排抬高拉槽法 J ， 利用中深孔有效控制了 矿石崩落范围， 因此缓倾斜矿体的切割拉槽均可考 虑采用此拉槽方法 ， 如图 1 所示。 2 采用顶加深帮加密 的一次性强化支 护工 艺， 摒弃了开采初期采用的不适合矿山地压特点的 不支护或局部锚杆 、 素喷支护的方法 。在 喷锚 网支 护完毕后立即进行强化支护 ； 拱角至顶板用 中长锚 杆 长 3 ． 0 m ， 拱角以下或全断面用长的砂浆托板 锚杆 长 2 ． 0 I n ， 0 ． 8 i n 0 ． 8 i n的托板锚杆间距 ， 特破碎地段则加密 一般 0 ． 5 i n0 ． 5 i n 。采用 了 两帮锚杆加密 ， 顶板锚杆加深的措施解决高压矿岩 软破段巷道变形破坏 的问题。 孔 设计 9 l O 2 1 3 l 号 角度 孔深 1 4 0 5 7 、 2 5 0 7 、 3 5 l 9 4 6 0 1 0 5 6 l l 1 e＼ ＼ 6 67 12 7 68 13 ＼ ’， 8 74 14 9 75 15 I l O 8 0 1 5 ＼ l l 8 o l 5 l l 2 8 5 1 5 、 t V| l3 85 15 l4 90 15 9 I j 6I 图 1 炮排逐排抬高拉槽法切 割示意 3 实践证明， 回采上下分段间超前关系需合 理， 因为边孔的径向破坏， 上分段爆破震动等作用于 下分段 ， 导致巷道因承受较大压力而变形严重 ， 冒顶 不断 ， 矿山采用了以下方法解决 只允许施工系统工 程于下分段对应的上分段未采部分 ， 对应其下分段 部分， 禁止在未采矿块下掘进进路 。 4 1 6线 一1 3线采用 阶段矿房 回采嗣后充填 采矿法开采。此地段矿岩稳固， 矿体倾角大于 5 0 。 ～ 5 5 。 ， 矿体一般厚度 为 1 5～2 5 I n ， 分段 高为 l 2 ． 5 i n ， 矿房沿走向布置 ， 分段凿岩巷道垂直距离与无底 柱分段法分段高度一样， 矿石借 自 重落到矿块底部， 经平底放矿或堑沟溜到装运横巷端部 ， 最后用铲运 机 出矿 。为有效控制地压 ， 矿房 回采结束后采 空区 必须用废石充填 。 1 ． 2 康家湾矿深部难采矿体 1 ． 2 ． 1 地质概况及开采技术条件 康家湾铅锌矿区矿体产状复杂， 岩石种类多， 矿 8 采矿技术 体赋存于走向 N s的 F 2 2 逆断层下盘康家湾倒转背 斜层间硅化破碎带 中， 底板 和直接顶板为硅化破碎 带形态 ， 呈似层状 。 1 ． 2 ． 2 采矿方法及工艺 1 采矿方法为分段矿房嗣后胶结充填法 J 。 采场长轴沿走向布置， 短轴等于矿体水平厚度， 阶段 高3 2 m， 分段高8 m， 矿房长3 5 m， 斜顶柱厚度2 m， 两矿块间留厚度为 3 m的连续间柱 。采用铲运机出 矿的平底结构 。 2 利用斜坡道连通各分段平巷和底盘脉外运 输平巷 ， 沿走 向每隔 8 01 0 0 m掘溜矿井 ， 与各分段 平巷连通 ， 在每个分段平巷上掘下盘分段平巷 ， 在此 巷道上每隔8 m掘装矿横巷通达矿体， 并在分段运 输平巷上部掘进矿柱回采平巷， 从斜坡道掘进联络 平巷进入矿房 ， 在矿房中央沿走 向掘进凿岩平巷 ； 自 装矿横巷靠近矿体下盘掘进堑沟拉底平巷。 3 在凿 岩平 巷和堑沟拉底平 巷 内采用 Y G Z 一 9 0型导轨式凿岩机钻凿上 向扇形 中深 孔。爆破 后采用铲运机从装矿横巷内铲运崩落矿石至溜井。 4 矿房 回采完毕后 ， 进行一次性胶结充填 ； 充 填完毕待充填体达到养护一定时间后 ， 回收斜顶柱 和间柱 。 1 ． 3 东乡铜矿采矿法 1 ． 3 ． 1 地质概况及开采技术条件 V号矿体是该矿区内规模最大的原生硫化铜矿 体， 岩层不仅含水破碎， 裂隙断层发育， 而且矿石高 硫 自燃 ， 品位低贫不均匀 ， 地表有农田河流。 矿体呈较厚 的似层状 ， 赋存在 1 9线 ～ 6 3线 之 间 ， 长 1 2 0 0 m， 走向 E W， 倾 向 S N， 倾角 4 0 。～ 5 O 。 ， 埋 藏标高 0～一5 0 0 m， 地表标高约 6 0 m， 铅垂厚度 1 0 ～ 3 6 m， 最厚处达到 6 2 ． 5 8 m， 平均厚度 1 4 ． 6 9 m。 1 ． 3 ． 2 采矿方法及工艺 1 如果仅仅利用无底柱分段崩落法的落矿工 艺 自 上而下分段崩落矿石， 则其散体围岩覆盖层不 能在采场顶板中形成 ， 各分段进路崩矿期 间只从进 路端部装运崩落矿石的 1 ／ 3 ， 这样矿石爆破破碎引 起的松散碎胀效果得到抵消， 其余崩落矿石则暂留 采场， 以限制稳固性偏差的顶板围岩的冒落和岩移， 待上部分段全部进路落矿后， 暂留的矿石随堑沟拉 底分段的推进逐步从底部结构 中全部放出 ， 形成高 大的类似分段凿岩 阶段矿房法采空场。最后 ， 密闭 采场通道 ， 嗣后一次充填采空区 ， 实现地压管理 。 2 采准工程包括分段回采进路、 分段联络运 搬平巷及其联通上山的联络道、 底板上山、 堑沟拉底 横巷 、 装矿横巷、 运搬横巷 、 矿石溜井等。 3 采切工程完成之后 ， 用垂直上向扇形 中深 孔分段凿岩爆破法形成切割槽。各分段切割槽可以 自上而下布于同一平 面， 也 可随矿体倾角不同把切 割槽拉成阶梯状。 4 用 Y G Z一9 0型凿岩机在分段进路 和堑沟 拉底横巷内钻凿垂直上 向扇形 中深孔 ， 全部炮孔凿 完后 ， 自上而下超前 1～ 2排正阶梯顺序在分段之间 崩矿 ， 分段内相邻进路则以切割槽为 自由面 ， 由南向 北 同时进行 ， 个别进路可略有超前或滞后 ， 但超滞距 离不超过 2排炮孔 。出矿方式分两种 进路崩矿期 间进路端部部分出矿； 底部结构阶段空场最终大量 出矿 。 2当前开采技术的探讨 在开采赋存 于含水破碎带 中矿体 时， 根据不同 矿段 ， 不同地质条件和影响因素 ， 可采用多种采矿方 法或多种采矿方法的组合， 即组合采矿法 。组 合采矿法是一种创新的采矿法方案， 不但利用了多 种采矿方法的优点 ， 而且避免了它们的缺点 ， 使方案 更加高效 、 经济 、 安全。比如小官庄铁矿采用无底柱 分段崩落法和阶段矿房回采嗣后一次充填法联合开 采， 康家湾铅锌矿采用分段矿房嗣后充填法， 东乡铜 矿采用分段崩落阶段矿房嗣后充填法， 以及石人沟 铁矿的分段凿岩 ， 阶段出矿的阶段矿房法 川 。 2 ． 1 采准切割工作 溜矿井沿走 向每隔 8 0～1 0 0 m掘进一条 ； 在每 个分段水平上 ， 掘下盘分段运输平巷 ， 在此巷道沿走 向视具体情况每隔 7 ． 51 2 m掘装运横巷 。因矿岩 破碎 ， 采准工程用喷锚网或喷锚支护 ， 为节省采准工 程可将穿脉用作运搬横巷。 切割槽 的质量 ， 直接影 响矿房落矿效果和矿石 损失、 贫化的大小 。根据矿体倾角厚度的不 同， 综合 采用多种切割拉槽方法， 对矿石 回收至关重要。 2 ． 2 回采和采空区处理工作 分段矿房法可使用高效率的无轨装运设备 ， 灵 活性大 ， 回采强度高。回采矿 柱和处理空区可在 回 采工作结束后立即进行 。采空区可根据需要利用废 石充填或尾砂胶结充填法。 矿柱的 回采主要依据采完后矿房如何处理 ， 当 充填时， 采用分段崩落法或充填法回采矿柱。 采完 下转第 3 6页 3 6 采矿技朱 2 0 1 1 ， 1 1 4 成为世界充填工艺技术发展的主要 方向， 以矿 山 自 身产生的工业废料 为充填骨料 ， 开发矿山全废料混 凝土泵压输送充填技术和充填工艺， 为矿山实现无 废开采和零 排放提供 了有 效途径。围绕 以废料 充 填、 降低成本和提高充填体质量为中心的研究， 是充 填工艺技术的发展方 向， 必将推动充填工艺技术的 长足发展， 促进无废矿 山的建设步伐 。 ● 参考文献 [ 1 ] 王正辉． 全尾砂 棒磨砂胶结充填试验研究[ R ] ． 甘肃 金川 镍钴研究设计院矿 山分院 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 王正辉． 井下废水应用 于矿山充填 的试验研 究 [ R] ． 甘肃 金 川镍钴研究设计 院矿 山分院 ， 2 0 1 0 ． ．．__．-◆ ◆一 。 ● 上接第 8页 后矿房空场时， 采用空场法或崩落法回采矿柱。在 破碎带中矿柱尺寸应适当增大， 必要时留设永久保 安矿柱。另外对于规模不大的盲矿体 ， 回采完毕后 ， 空区一般不大， 且孤立存在 ， 可封 闭空区。 总之对 于此类矿体 回采后的空区处理 ， 充填是 最好的选择。 2 ． 3 支护技术 在松软破碎岩层中， 巷道的维护极其困难， 采用 常规的施工方法和支护形 式往往难 以凑效 ， 若巷道 围岩长期受涌水作用 ， 则 围岩物理力学性质进一步 降低， 一般的锚固结构可靠性不高 ’ 。目前国内 此类矿山仍主要采用喷锚支护， 采用刚度和强度较 高的钢筋网复合锚杆托盘 ， 在关键部位用锚索进行 二次支护。加强锚杆锚网密度等相关辅助措施可以 收到 良好效果 。 在含水破碎带巷道 的施工和维护方面 ， 综合采 用超前探测 、 超前注浆 、 迎头顶加 固、 光爆掘进 、 初次 型钢支架与喷网支护、 锚注二次加固等措施 ， 能很好 的解决巷道掘进施工安全和长期稳定的问题 。 3 结束语 综合了 目前 国内开采含水破碎带中难采矿体的 方案 ， 对开采技术现状进行 了分析 ， 由此看 出， 根据 各个矿山各类矿体的不同特点， 运用现代采矿技术， 不断改变思路， 改进采矿方法， 通过科学试验就能找 到与矿山实际相适应的采矿方法和支护技术。此外 采矿方法的设计 和选择应遵循以下原则 安全第一 原则， 高效、 经济原则， 与矿山现有技术装备相适应 [ 3 ] 马利民， 等． 金川矿区下向进路式采矿废石胶结充填工艺技术 可行性研究[ R ] ． 甘肃 金川镍钻研究设计院矿山分院， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 王正辉． 膏体充填料的工程检测与判别[ J ] ． 有色矿山， 2 0 0 0 ， 5 1 11 4 ． [ 5 ] 王正辉， 张丰田， 等． 尾砂充填料浆的配合比试验研究[ J ] ． 矿 业研究与开发 ， 2 0 0 6 ， 1 1 11 3 ． [ 6 ] J G J 5 3 9 2 ． 普通 混凝 土用碎 石或 卵石 质量标 准 及检 验方 法 [ s ] ． [ 7 ] J G J 6 3 2 0 0 6 ． 混凝土用水标准[ S ] ． 收稿 日期 2 0 1 1一 o 4一 o 2 作者简介 王正辉 1 9 6 6一 ， 男， 四川人， 高级工程师， 主要 从事充填采矿方面的科研 、 设计和现场服务工作， E m a i l a b k j v i p． s i n a ．c o rn 。 ．- ．-．-◆一 ◆_ ．-◆一◆ ◆一◆-．_◆- ．_◆_ ．_ 一 ● -．- _．． 原则 。 参考文献 [ 1 ] 刘新强， 李文秀． 鲁中矿区破碎矿体开采地压测试及支护技 术研究 [ J ] ． 岩 石 力 学 与 工 程学 报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 7 1 4 7 7 1 4 7 8． [ 2] 刘新强． 鲁中复杂难 采矿体 技术研 究及 应用前景 展望 [ J ] ． 矿冶工程 ， 2 0 0 5 ， 2 5 2 1 71 8 ． [ 3 ] 毕永涛． 浅谈多种切割方法在小官庄铁矿北区采矿中的应用 [ J ] ． 现代矿业， 2 0 0 9 ， 4 8 3 7 5 7 6 ． [ 4] 王新 民， 曹刚 ， 张钦礼 ， 等． 康 家湾矿深部 难采矿体采 场稳 定性及结构参数优化研究 [ J ] ． 河 南理 工大学学 报 自然科 学版 ， 2 0 0 7 ， 2 6 6 ． [ 5 ] 曹 刚． 康家湾矿深部难采矿体采场稳定性及安全开采技术 研究 [ D] ． 长沙 中南大学 ， 2 0 0 8 ． [ 6 ] 饶运章， 吴红． 东乡铜矿分段崩落阶段矿房嗣后充填组合 采矿法试验研究 [ J ] ． 有色金属 矿 山部分 ， 2 0 0 4 ， 5 6 3 1 3 一 l 5 ． [ 7 ] 南世卿 ， 胡文剑． 含水破碎带及 断层临 近矿体安全 采矿技术 研究[ J ] ． 现代矿业 ， 2 0 0 9， 2 5 2 4 24 4 ． [ 8 ] 采矿设计手册 编委 会． 采 矿 设计 手册 矿 体开 采卷 下册 [ M] ． 北京 中国建筑工业出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 9 ] 采矿手册编委会． 采矿手 册 第 4卷 [ M] ． 北京 冶金工 业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 1 0 ] 解世俊． 金属矿床地下开采 [ M] ． 北京 冶金工业出版社， 1 9 8 6． [ 1 1 ] 张传信 ， 郭金峰 ， 远洋． 我国冶金 矿山复杂难采矿体开采技 术现状与展望[ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 6， 6 3 8一l 0 ， 2 9 ． [ 1 2 ] 韩立军， 王延宁， 等． 高压涌水作用破碎围岩巷道综合施工技 术[ J ] ． 采矿与安全工程学报， 2 0 0 8 ， 2 5 4 3 7 9 3 8 3 ． [ 1 3 ] 陈美智 ， 周桂铨． 基于松软破碎 围岩条件下 施工支 护技 术的 研究[ J ] ． 煤， 2 0 1 0 ， 1 0 l O 一 1 2 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 3 0 3 作者简介 曲文峰 1 9 6 8一 ， 男， 辽宁营口人， 高级工程师． 主要从事采矿工程技术的工作， E m a i l 8 3 2 9 5 6 9 7 q q ． e o m。